1970年,中國在極其困難的條件下發射了第一顆人造衛星東方紅一號,之後陸續發射通信廣播衛星、對地觀測衛星、科學探測與技術試驗衛星、導航定位衛星等不同種類的衛星,組成了龐大的衛星家族。如今人造衛星已經給人們生活的方方面面帶來了便利。

今天,我們足不出戶,就能在電視上收看一場全球矚目的世界杯決賽,第一時間獲取全球新聞資訊,在手機上實時掌握天氣預報,這都歸功於人造衛星所帶來的發達通信技術。

半個多世紀以來,全球共有數以千計的人造衛星發射升空,在地球以外織成了一張大網,充當着人類社會互聯互通的樞紐。

從1970年發射第一顆人造衛星至今,中國擁有的衛星總數已僅次於美國,各種用途的衛星組成了龐大的衛星家族,給人們生活的方方面面帶來便利。

 

東方紅一號

1957年10月4日,蘇聯發射了世界上第一顆人造衛星,成為人類探索太空的里程碑。1958年1月,美國也緊隨其後,發射了人造衛星,加入爭奪太空資源。

1958年5月,毛澤東在中共八大二次會議上提出:「蘇聯人造衛星上天,我們也要搞人造衛星。」於是,中科院派科學家趙九章率代表團去蘇聯訪問,希望參觀蘇聯研製衛星的情況。但在當時的中蘇關係背景下遭到拒絕,代表團想參觀的東西大部分沒有看到。

大家感到發射衛星靠外援是不可能的,只能自力更生地依靠國家的現代工業基礎和現代科技水平。而在發展衛星之前,須有成熟的探空火箭技術。直到1964年「東風二號」中程導彈及中國第一顆原子彈研製成功,趙九章、錢學森兩位科學家才決定向中央建議,開始衛星研製工作。

1965年,中央批准了發展人造衛星的方案建議,並把第一顆衛星命名為「東方紅一號」。同年10月,召開了中國第一顆人造地球衛星總體方案論證會,會議最終確定的總體要求只有簡單的十二個字:「上得去,抓得住,聽得到,看得見。」就是這短短的十二個字,讓眾多科研人員煞費苦心。

所謂「上得去」就是要保證衛星飛上天;「抓得住」就是衛星上天以後地面設備能對衛星實施測控;「聽得到」就是衛星要播送音樂,且可被地面接收和聽到;「看得見」就是衛星在軌飛行時能讓地面上的人用肉眼直接看得見。

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東方紅一號(來源:中新社)
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「上得去」需要靠大量精密的計算來保證,那時用的大多是手搖計算器,工作人員日以繼夜,工作量很大,計算一條軌道甚至要用一年的時間。而搭載東方紅一號的長征一號運載火箭第三級固體火箭,也是科研人員在內蒙古呼和浩特簡陋的土房子裡研製出來的。

衛星要播送的音樂,確定為《東方紅》樂曲。蘇聯第一顆人造衛星的呼叫信號是嘀嘀噠噠的電報碼,遙測信號是間斷的。為了超過蘇聯,中國衛星的遙測信號便設置成這樣一段樂曲。但要如何讓地球上的人們聽到衛星發出的音樂呢?設計人員研究決定,通過改變衛星上振蕩器的頻率幅度,發出抑揚頓挫的樂音,再由「抓得住」的衛星遙測系統傳回地面。就在東方紅一號發射入軌的兩分鐘後,國家廣播事業局就報告收到了來自太空的《東方紅》樂曲。

「看得見」的要求也讓技術人員費盡了心思。東方紅一號的外型是直徑只有一米的,近似球體的72面體,反射陽光後其亮度也只相當於六等星,很難觀測。為此,專家們想出了一個辦法:將衛星末級火箭上的「外衣」由錐形的裙狀改成球狀,撐開後比一米的衛星大得多。同時,把這個布氣球外頭鍍上鋁,反射陽光後就能達到二等星到三等星的亮度(相當於北斗七星)。

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星等(magnitude),是指星體在天空中的相對亮度,星等值越小,星星就越亮,一般人的肉眼能夠分辨的極限大約是6.5等。

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東方紅一號與末級火箭模擬圖(來源:視頻截圖)
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最終在1970年4月24日,東方紅一號發射成功,中國成為繼蘇聯、美國、法國、日本之後世界上第五個獨立發射人造衛星的國家。東方紅一號實際工作了28天,遠超設計額定的20天,取得了大量工程遙測參數,為後來的衛星設計和研製提供了重要依據。從2016年開始,國務院將每年的4月24日設立為「中國航天日」。

回想起當年的的經歷,科學家潘厚任感歎道,研製東方紅一號的工作真的是「從零開始」,所有人都不了解發射衛星的具體要求,就好似要吃饅頭得先開荒種麥子,邊幹邊學。而那時的科研條件也相當差,離心力實驗是用發電機帶動旋轉,低溫試驗是在解放軍海軍後勤部的冷庫裡進行的,但所有工作人員都懷着滿腔熱情,甚至有工人半夜回到車間檢查白天的墊片有沒有擰緊。

今天,位於北京中關村的北京衛星製造廠,還保留着生產東方紅一號部分零件和完成總裝的老廠房。當年這裡沒有空調,也沒有淨化設備,以至於後來不少來這參觀的外國同行都無法相信,這間簡陋的廠房是生產中國第一顆衛星的地方。

 

衛星家族

東方紅一號拉開了中國衛星研製的序幕,通信、氣象、導航、科學試驗等不同種類和功能的衛星陸續發射升空,中國衛星的族譜正在不斷擴充。

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通信廣播衛星是設在太空中的無線電信息轉發站,它用來實現遠距離的廣播通信、電視傳輸、數據採集等等。

在東方紅一號發射成功後,科學家就已經着手研究通信衛星。1972年美國總統尼克松(Richard Milhous Nixon)和日本首相田中角榮訪華時帶來的衛星通訊地面站,也引起了周恩來和中國科學家的極大興趣,堅定了中國領導人發展通信衛星的決心。之後,中國買下了美、日帶來的衛星通訊地面站,為發展自己的衛星地面站提供了借鑒。

1984年至1990年,中國共研製和發射了五顆東方紅二號和東方紅二號甲衛星,可在每天24小時內進行全天候通信,包括電話、電視和廣播等,使中國成為世界上第五個自行發射地球靜止軌道通信衛星的國家。1997年東方紅三號成功發射並定點,代替了僅具實驗性質的東方紅二號。東方紅三號的技術和性能都達到了國際同類衛星的先進水平,還改善了國際通信以及西部邊遠山區的通信狀況。

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東方紅三號衛星模型(來源:視覺中國)
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進入二十一世紀,中國空間技術研究院研製了第三代大型靜止軌道衛星共用平台——東方紅四號衛星平台,其具有輸出功率大、承載能力強和服務壽命長等特點。自2002年起,國內外的多個通信衛星系列均採用東方紅四號衛星平台,為用戶提供商業衛星服務。

對地觀測衛星是指對地球和大氣層各種特徵和現象進行觀測的衛星,包括氣象衛星、地球資源衛星、海洋衛星、環境與災害監測衛星等等。

早期由於技術所限,為了獲得衛星照相的底片,各國均發射返回式衛星進行觀測任務。從1975年以來,中國共研製和發射了6種型號的返回式衛星,在國土資源普查、大地測量、地質資源勘探、軍事偵察等領域發揮了重要作用。1999年後,中國與巴西共同研製及發射的「資源」衛星系列,以及中國空間技術研究院研製的「遙感」衛星系列,則是新一代傳輸型遙感資源衛星。

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海南三亞,中科院遙感與數字地球研究所三亞衛星接收站(來源:視覺中國)
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天有不測風雲。為了更好地預測天氣,中國從1988年開始發射「風雲」氣象衛星系列。其中「風雲一號」和「風雲三號」兩個系列為極地軌道氣象衛星,「風雲二號」和「風雲四號」兩個系列為地球靜止軌道氣象衛星。前者能觀測獲得全球領域的氣象資料,後者則是觀測衛星正對的地球上三分之一的地區,可捕捉到快速變化的天氣情況。中國氣象局與香港天文台每天播報的天氣信息正是依靠着「風雲」系列衛星的觀測結果。

科學探測與技術試驗衛星,或許較少出現在人們的視線當中。1971年開始發射的「實踐」衛星系列、中歐合作的地球空間雙星探測計劃,以及近年發射的「悟空號」、「墨子號」、「慧眼號」等,它們可以攜帶探測和實驗儀器,研究發生在地球、日地空間、星際空間乃至整個宇宙空間的各類自然現象及規律。基於這類衛星所開展的國際合作也愈來愈多。

導航定位衛星則主要是北斗衛星導航定位系統。它是四大全球衛星導航系統之一,可為全球使用者提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務。至2019年6月,已發射了46顆北斗導航衛星,應用在「一帶一路」沿線30多個國家和地區、以及農業、數字市政等多個領域,前景廣闊。

 

早已停止工作的東方紅一號,如今仍然在引力作用下繞着地球飛行,我們還能通過望遠鏡觀測到它的身影。它就像是中國航天的「燈塔」,照射出中國一代代航天人探索前進的道路,也迎接着一顆顆遠航的中國衛星進入太空,造福人類社會。

 

 

參考資料:

《軍工記憶Ⅰ-「東方紅一號」人造衛星》  CCTV紀錄 

中國空間技術研究院  

《太空中,越來越多「中國星」》 人民網 2018/6/22

《東方紅一號發射46周年:實際工作28天,現在仍在太空飛行》 新華網 2016/4/21

《東方紅一號衛星上天的台前幕後》 裴高才 武漢文史資料  2000年09期

上載日期:
2019年07月04日

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